防蠕动多级水力喷射压裂 工艺管柱的研制与应用

水力喷射压裂改造技术是集射孔、压裂、隔离一体化的改造技术,具有起裂位置准确、起裂压力低、无需封隔器封隔、压出裂缝长、不受完井方式限制等特点,特别适用于低渗透、薄夹层地层的改造。同时为降低施工 成本,缩短施工时间,对单趟钻多级改造技术需求很高,而目前的多级水力喷射压裂技术存在需带封隔器、需动管柱、喷枪寿命短,施工管柱易转动和蠕动的问题。通过研制极差滑套式耐磨喷枪、导流式高压安全锚定器及刚性扶正器,形成了不动管柱多级水力喷射压裂工艺技术。该工艺可不带封隔器、不动管柱实现连续分段改造,克服了常规多级水力喷射压裂技术的不足。     

CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂工具

目前油井水平井环空加砂拖动体积压裂是长庆油田低渗储层改造的主要方式之一。为解决该技术施工过程中常规扩张式封隔器管柱施工前无法验封、易卡钻、施工效率低等实际问题,结合该技术拖动压裂工艺特点,通过可多次重复坐(解)封胶筒的设计以及TDY高强度底封隔器和抗冲蚀水力喷射器等核心工具的研制,形成了CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂管柱。该管柱可实现油管和油套环空同时注入,能满足8m~3/min大排量的注入需求,单趟钻可施工14段,施工效率是常规水力喷射压裂管柱的3~5倍。该管柱在长庆油田累计推广应用了427井次,完成了3260段体积压裂施工,平均单趟钻具施工8段,其中有219口井实现了"一趟钻"完井,施工效率高,层间封隔可靠,大幅降低了劳动作业强度,推广应用前景广。     

水平井水力喷射环空加砂高强度拖动压裂工具的研制与应用

目前油井水平井环空加砂拖动体积压裂是长庆油田低渗储层改造的主要方式之一。为解决该技术施工过程中常规扩张式钢带封隔器管柱施工前无法验封、易卡钻、施工效率低等实际问题,结合该技术拖动压裂工艺特点,通过可多次重复坐(解)封胶筒的设计以及TDY高强度底封隔器和高强度水力喷射器等核心工具的研制,形成了一种水平井用高强度水力喷射体积压裂管柱。该管柱可实现油管和油套环空同时注入,能满足8 m~3/min大排量的注入需求,单趟钻可施工14段,施工效率是常规水力喷射压裂管柱的3~5倍。2015年该管柱在长庆油田应用126口井,平均单趟钻具施工8段,其中有50口井实现了"一趟钻"完井,施工效率高,层间封隔可靠,大幅降低了劳动作业强度,推广前景广泛。     

国内水力喷射压裂工艺技术应用研究进展

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术,适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造,尤其适合薄互层、纵向多层、固井质量差易串槽井、套变井的改造。介绍了国内各油田和科研单位的水力喷射技术研制和应用情况。重点阐述了油管水力喷射技术和连续油管水力喷射技术。油管水力喷射技术有拖动管柱和不动管柱2种方式,连续油管水力喷射技术有管内加砂压裂和环空加砂压裂2种方式。针对水力喷射压裂技术,结合层间封隔器和滑套喷砂器,提出了1种层间封隔器封隔的多级水力喷射压裂不动管柱技术,适用于薄互层的多层压裂,压裂成功率高、易形成主裂缝,增产效果更好。     

过球式水力喷射器研制及在低渗透油田应用

为提高水力喷射拖动压裂工艺的施工效率,研制了过球式水力喷射器。该喷射器采用弹性球座机构,解决了密封、耐磨、强度等问题,能够可靠控制喷射器滑套开启,并具有过球功能,实现了一球开启多滑套的目标。由过球式喷射器与滑套封隔器组成的多级水力喷射管柱,与拖动分段压裂工艺相结合,在长庆油田应用20余井,最高一趟管柱完成10段分段压裂施工,是单级水力喷射拖动压裂管柱施工段数的2~3倍,有效提高了油田水力喷射压裂施工效率。     

K344-108型小直径封隔器的改进与应用

为满足水平井多段分层压裂的有效封隔及特殊井作业的需要,降低卡钻风险,研制了K344-108型小直径封隔器。通过对该封隔器的胶筒结构、安装方式及胶筒座肩部等进行改进,封隔器中心管承压能力可以达到70MPa,套管上、下密封压差达到65MPa。2009年,将K344-108型小直径封隔器与水力喷射压裂组合管柱在长庆油田现场应用12口井,实现了1趟管柱拖动多段压裂,各层段间施工压力差异明显,封隔可靠,施工后起出封隔器形状基本完好,满足了现场施工要求。     

连续油管底封拖动水力喷射环空加砂分段压裂技术在九区石炭系水平井的应用

新疆油田九区石炭系储层具有低孔、低渗、低压的特点,需要压裂改造才能生产。针对4.5寸固井完井水平井套管尺寸小,常规水平井分段压裂工具尺寸受限的现状,采用连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术进行储层改造。通过连续油管结合带封隔器的喷射工具,经喷嘴节流将高压射孔液转化为高速射孔液对套管进行喷砂冲蚀,然后进行环空加砂压裂,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到一趟管柱实现多级压裂的目的、环空加砂实现较大规模改造,减少喷嘴过砂量延长喷嘴寿命,节约成本。从连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术原理入手,通过选择工具及压裂参数,到现场应用,总结施工经验,成功提高作业效率,为后续连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术的实施提供宝贵经验。     

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂分段压裂技术

连续油管拖动底封水力喷射环空加砂压裂工艺是集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。针对常规结构Y211型封隔器或K344型封隔器及喷枪不完全满足工艺需求的问题,采用Solidworks、Ansys等软件对新型Y211型封隔器、喷枪等工具进行优化设计。创新设计特殊密封结构胶筒及其肩部保护机构,研制抗拉强度和延伸率高的胶料配方,降低了坐封力,提高了承压性能。优化卡瓦结构,设计防砂卡机构,提高了封隔器锚定及坐封可靠性。研制了内嵌整体式喷枪,提高耐磨性能,满足多段压裂需要。通过攻关研究,工艺管柱达到耐温120℃、承压70 MPa指标,单趟管柱可压裂14段,成本比国外降低50%以上。     

选择性重复压裂工具关键技术

为了在重复压裂过程中用水力喷射射孔替代火工品射孔,并延长水力喷射工具单趟管柱的使用寿命,同时解决常规扩张封隔器胀封承压后残余变形大、易卡管柱等问题,研制了选择性重复压裂工具。该工具的射孔通道和压裂通道分开设计,通过联作芯轴实现两个通道的转换;根据通道转换特性和施工工艺特征,设计了适时坐封跨接组合式封隔器;为提高承压能力、减小变形,跨接式封隔器胶筒两端均采用了嵌套弹簧式结构。通过室内测试和现场试验验证了选段性重复压裂工具封隔器的封隔性能和通道转换能力。研究结果表明,选择性重复压裂工具可以实现射孔、压裂自由转换、自由选择,减小单段喷嘴的过砂量,延长单趟管柱的使用寿命;封隔器可实现适时坐封解封,胶筒残余变形小且可靠,更易于封隔器的解封及管柱的起出。      

油管拖动水力喷射分段压裂技术在煤层气井的应用

油管拖动水力喷射分段压裂工艺通过油管结合带封隔器的喷射工具,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数多级压裂;该工艺在ZX-1H水平井得到成功应用,表明该技术在煤层气井分段压裂领域具有较高的推广应用价值。     

PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术的应用——以镇北油田水平井为例

目前各油田应用的水平井分段改造技术中,水力喷射分段压裂技术由于入井工具较少、现场施工简单,近年来在长庆油田低渗透油藏水平井得到了广泛应用。但前期水力喷射钻具效率较低,施工中换钻具次数较多,影响了水平井试油压裂速度。文中在调研各大油田水平井水力喷射分段压裂技术的基础上,通过工艺改进和现场应用,形成了PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术。现场试验表明,该套工具性能稳定,能够实现水平井多段有效分压,单趟钻具能够施工5~6段,大大缩短了施工周期,提高了施工效率。     

多段压裂水平井拖动管柱找水关键技术

长庆油田长水平段水平井应用拖动管柱找水工艺时,存在配套的皮碗封隔器胶筒密封性变差和起钻时皮碗脱落的问题,为此对其进行了针对性研究。通过室内模拟井下环境,利用滚珠丝杠控制皮碗封隔器在套管内往复运动,得到每摩擦500.00 m时的皮碗磨损量,根据承压试验确定其最大下深为2 500.00 m;通过改进Y211型拖动压裂封隔器结构、优选胶筒材料,研制了分别应用于单封和双封拖动管柱找水工艺的Y211-1型和Y211-2型封隔器;同时,研制了可在水平段重复坐封的新Y111型封隔器,以确保能够实施双封拖动管柱找水工艺。研究的新型封隔器和拖动管柱找水工艺已在长庆油田6口水平井应用,应用结果显示,1套封隔器可以完成2口井的找水作业,测试成功率由之前的91.3%提高至100.0%,单井测试费用仅为皮碗封隔器拖动管柱找水的一半。研究结果表明,新型封隔器使拖动管柱找水工艺更简便、费用更低,在长水平段水平井中的应用效果良好。      

大位移定向井一趟多层负压射孔管柱

由于大位移定向井井斜大、位移长,射孔完井时存在电缆校深仪器下入难度高、常规封隔器坐封困难等问题,无法实现精准负压射孔,给开采底水油藏和薄油藏带来很大困难。为了解决大位移定向井精准负压射孔问题,根据大位移定向井特点,通过对比分析常规射孔管柱,引入非旋转坐封封隔器和随钻测井工具,优化施工参数和程序,优化设计了一套大位移定向井一趟多层精准负压射孔方案。现场开展3井次试验,日产液量400 m3/d,含水＜10%。现场试验表明,通过对比钻井和射孔作业的测井数据可以较准确定位射孔深度,非旋坐封转封隔器操作简单且一次坐封成功率高,射孔后循环压井时有原油返出说明有一定负压效果,该射孔管柱在大位移定向井中有较好的适应性。     

套管完井水平井找窜工艺管柱研究与应用

针对常规工艺管柱难以实现水平井多层多段找窜的问题,研制了水平井找窜工艺管柱。该管柱主要由水力循环阀、定压阀、K344封隔器、扶正器、水力锚、平衡单流阀以及投球滑套组成,以K344封隔器为核心工具,可实现多次重复坐封过程;管柱配套了新型平衡单流阀,成功解决了管柱在起、下钻过程中膨胀式封隔器易中途坐封以及管柱中途遇卡的技术难题,施工过程中无需反洗井即可动管柱,大大缩短了作业时间。现场应用结果表明,该管柱结构设计合理,配套工具性能可靠,施工工序简单、风险低,具有现场推广应用价值。     

跨隔压裂层与水力泵返排联作工艺的开发与应用

针对大庆油田海拉尔地区部分井试完一层油后，上返压裂第2层时，不下桥塞封闭已试层，直接利用水力泵求产管串中的封隔器暂时封闭已试层，进行上部压裂层排液求产存在砂卡管柱的问题，开发了跨隔压裂层与水力泵返排联作工艺，并研制了和该工艺管柱配套使用的短型水力喷射泵，优选了跨隔用封隔器。经现场应用表明，该施工工艺在缩短施工周期的同时，实现了封层、求产一体化施工，避免了砂卡现象，操作过程安全、可靠。     

水平井智能分段开采工艺管柱的研制与应用

目前的水平井多段找水、堵水作业须各下1次管柱,存在作业费用高、占产时间长、多次污染地层的问题。为此,研制了水平井智能分段开采工艺管柱。该管柱主要包括Y441堵水封隔器、K341堵水封隔器、智能开关和安全接头等。智能开关的工作采用"定时+休眠"模式,并在过夜通道处设计有球阀,保证正加压时压力上升可靠。K341封隔器具有逐级解封功能,解决了上提整体管柱载荷大的问题。现场应用结果表明,水平井智能分段开采工艺1趟管柱完成了水平井多段找水、堵水和生产过程,降低了管柱的作业风险,直井、斜井和水平井均可使用。     

红河油田水平井钻井提速难点与技术对策

为解决红河油田水平井机械钻速低、钻井周期长的技术难题,开展了“四个一趟钻”钻井提速技术研究。为确保一开直井段、二开直井段、二开斜井段和三开水平段都能一趟钻完成,达到钻井提速的目的,制定了一系列技术措施:针对红河油田地层研磨性强、稳定性差的特点,根据该油田的地层可钻性级值,选出了适合不同井段的PDC钻头,采用能保证井壁稳定且对储层伤害程度低的钾铵基钻井液;根据该油田的实钻经验及现有技术水平,对井身结构、井身剖面进行了优化;针对二开直井段和定向井段机械钻速的情况,二开采用“PDC钻头+螺杆+MWD”的复合钻井技术。9口井的现场应用表明,一开直井段、二开直井段、二开斜井段和三开水平段都能一趟钻完成,起下钻次数明显减少,机械钻速提高59.74%,平均钻井周期缩短42.31%。这表明,“四个一趟钻”钻井提速技术能实现红河油田钻井提速的目标。      

可捞式桥塞在水平井分段隔离压裂上的应用

针对国内各油田主要采用填砂+液体胶塞、限流法分段或合压裂工艺进行水平井分段压裂存在的问题,开展了机械桥塞隔离井筒试验。桥塞胶筒主要由内胶筒、端部接头、骨架心子、外胶筒组成。水平井机械隔离分段压裂管柱分为3类,分别是桥塞传送坐封、桥塞打捞和压裂管柱。坐封桥塞管柱结构为丝堵(单流阀)+液压释放工具+油管,桥塞打捞管柱结构为JAY型回收工具+液压扶正器+油管,压裂管柱结构为喷砂器+油管+封隔器+水力锚+油管+井口。2口井压裂施工数据和桥塞打捞作业中可看出桥塞没有漏失和移位现象,说明桥塞起到了良好的封堵隔离作用。     

渤海油田快速钻井技术及其应用研究

介绍了渤海油田快速钻井的关键技术:集中表层作业及非钻机时间表层固井技术;采用PDC钻头 大功率泥浆马达 MWD组成的全面钻进导向系统;采用顶部驱动装置 高效固控系统;采用满贯测井技术、部分井使用LWD钻井系统及非钻机时间检验固井质量;低密度水泥浆和单级双封固井技术;TCP一次管柱多层射孔及隔板传爆技术;机采一变多控技术。并介绍了这些技术在绥中36-1油田、秦皇岛32-6油田和渤海边际油气田开发中的推广应用情况。